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물 터빈에는 세 가지 주요 유형이 있습니다. Pelton 터빈에는 큰 수두와 낮은 유속이 필요하며, Kaplan 터빈에는 낮은 수두만 필요하고 유량은 큽니다. 펠턴 터빈은 보통 산악 지역에 건설되지만, 카플란 터빈은 저지대에도 있습니다. 이러한 제한 때문에 Francis 터빈보다 두 종류의 터빈이 덜 일반적입니다.
프랜시스 터빈은 펠톤과 카플란 사이의 큰 간격을 메워 널리 사용되고 있습니다. 이 수두는 수두에서 10-600m까지 작동하며 주로 전력 생산에 사용됩니다. 이 전원 출력은 수두 및 유속에서 계산할 수 있으며 일반적으로 10메가와트에서 700메가와트 이상입니다. 다른 수발전기들과 관련하여 Francis 터빈의 독특한 장점 중 하나는 이 터빈을 수펌프로 사용할 수 있다는 것입니다. 따라서 스토리지 시스템을 펌핑하는 데 이상적입니다.
이 애니메이션은 댐에서 Francis 터빈의 작동을 보여줍니다. 화살표는 댐 내부의 수도와 방향을 나타냅니다. 댐 뒤의 탱크에서 나온 물은 펜스탁에 의해 터빈으로 전달됩니다. Francis 터빈의 펜스탁 직경은 10m까지 커질 수 있습니다. 펜스탁에서 나오는 물은 입구 스크롤로 전달되어 물을 개찰구 입구 둘레에 균등하게 분배합니다. 물이 위켓 게이트를 통과하며 터빈을 통과하는 물의 양을 조절한 후 러너에 도달합니다. 이 기능은 댐의 전원 출력을 제어합니다. 위켓 게이트는 또한 러너에 도달하는 물의 각도를 조정합니다.
개찰구를 통과한 후 물이 러너에 도달합니다. 수압으로 러너가 회전하게 됩니다. 러너의 회전 속도는 분당 80 ~ 1000회 정도 될 수 있습니다. 물은 러너 아래 있는 출구 파이프로 계속 이동합니다. 배출 파이프는 물을 저압 물로 배출합니다.
Francis 터빈의 터빈 샤프트는 거의 항상 수직으로 장착됩니다. 따라서 입구 스크롤에 있는 물의 소용돌이 효과와 중력 효과로 인해 물이 훨씬 쉽게 배출됩니다.
러너의 회전 운동이 표시된 전기 제너레이터로 전달됩니다. 생성된 전기는 고전압 전류로 변환되고 소비될 그리드로 전달됩니다.
물 터빈의 큰 장점 중 하나는 전력 출력을 매우 쉽게 조절할 수 있다는 것입니다. 수요가 감소하면 상대적으로 짧은 시간 내에 터빈으로 흐르는 물의 양이 감소할 수 있습니다.
Francis 터빈은 다양한 헤드와 유량에 맞게 설계되었을 수 있습니다. 이 제품은 높은 효율성과 함께 세계에서 가장 널리 사용되는 터빈으로 만들어 줍니다. Francis 유형 유닛은 헤드 범위가 40 - 600m(130 - 2,000ft )이고, 연결된 발전기 출력 전력은 몇 킬로와트에서 최대 800MW까지 다양합니다. 프랜시스 대형 터빈은 각 작업장별로 설계되어 지정된 수처리 장치와 수처리 헤드를 사용하여 작동할 수 있으며 , 일반적으로 90% 이상의 효율을 제공합니다.
펠턴 터빈과는 달리, Francis 터빈은 항상 물이 가득 찬 상태에서 최고의 성능을 발휘합니다. 터빈과 출구 채널은 호수 또는 해수면 바깥에 위치하므로 공동화 현상이 줄어듭니다.
전기 생산 외에도 , 이 탱크는 펌프 저장에 사용될 수 있습니다. 이 경우, 저출력 수요가 낮은 기간 동안 발전기에 의해 구동되는 터빈(펌프 역할)에 의해 탱크가 채워질 수 있습니다. 그리고 반대로 사용량이 가장 많은 시간에 전력을 생성하는 데 사용됩니다. 이 펌프 저장 저장통은 고가저수지의 수분의 형태로 "과도한" 전기 에너지를 저장하는 대규모 에너지 저장 공급원 역할을 합니다. 이는 나중에 사용하기 위해 일시적으로 과도한 전기 용량을 저장할 수 있는 몇 가지 방법 중 하나입니다.
Francis 터빈의 주요 부품은 다음과 같습니다.
구배관: 구배관은 터빈에서 물이 배출되는 마무리 레이스에 러너 출구를 연결하는 도관입니다. 이 제품의 주요 기능은 배출된 물의 속도를 줄여 배출구의 운동 에너지 손실을 최소화하는 것입니다. 이를 통해 가용 헤드를 떨어뜨리지 않고도 터빈을 꼬리 물 위에 놓을 수 있습니다.
가이드 및 스테이 베인: 가이드 및 스테이 베인의 주요 기능은 유체의 압력 에너지를 모멘텀 에너지로 변환하는 것입니다. 또한 설계 각도에서 러너 날개에 유량을 직접 전달하는 역할을 합니다.
러너 블레이드: 러너 블레이드는 모든 터빈의 핵심입니다. 이러한 구성 요소들은 오일이 타격하는 중심과 충격의 접선 힘으로 인해 터빈의 축이 회전하면서 토크가 발생하는 중심입니다. 입구 및 출구의 블레이드 각도 설계는 전력 생산에 영향을 미치는 주요 매개 변수이므로 세심한 주의가 필요합니다.
나선형 케이스: 터빈 러너 주위의 나선형 케이스는 벌류트 케이싱이나 스크롤 케이스라고 합니다. 이 제품의 전체 길이에 걸쳐 일정한 간격으로 수많은 개구부가 있어 작업 중인 오일이 러너의 날에 부딪히지 않도록 합니다. 이러한 개구부는 유체가 날 위에 부딪히지 않도록 유체의 압력 에너지를 모멘텀 에너지로 변환합니다. 이 케이싱의 단면 면적이 원주를 따라 균일하게 감소하기 때문에 오일이 블레이드에 들어갈 수 있도록 많은 구멍이 제공되었음에도 불구하고 이 속도는 일정하게 유지됩니다.
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